ユビキチン化による炎症・免疫シグナルの時空間制御とその数理シミュレーション

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 16H06575
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 井上 純一郎 東京大学, 医科学研究所, 教授 (70176428)
• 研究分担者: 徳永 文稔 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (00212069)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: シグナル伝達 / 数理シグナル / 炎症 / 免疫

研究実績の概要

井上はK63型ユビキチン鎖を刺激依存的に合成して転写因子NF-κBの古典的経路を活性化するE3酵素でTRAF6を発見しその作用機構を研究してきた。蛍光イメージング技術の進歩によって、多くの転写因子の核内濃度が周期的に振動することが明らかになってきたが、この古典的経路でNF-κBファミリー の一つであるRelAが振動することで継続的に転写活性を維持している。井上はTRAF6を中心にその制御因子の解析を進めながら鈴木と連携してRelA振動の制御機構の数理シミュレーションの立場からの解明を目指している。さらに非古典的経路でのRelBの振動も見出しているがその分子機構に関与するタンパク質Xを同定しXの核外搬出シグナル(NES)が重要な役割を果たすことも明らかにした。徳永はユビキチンのN末端を介する直鎖状ユビキチン鎖（M1Ub鎖）を特異的に生成するLUBACユビキチンリガーゼ複合体を発見し、LUBACがNF-κBシグナル活性化や細胞死抑制に寄与することを明らかにした。本領域では、井上班とともにK63UbとM1Ubの混成鎖生成によるNF-κBシグナル制御を見出すとともに、新規LUBAC阻害剤を同定・開発するなど直鎖状ユビキチン生成が司る細胞機能制御の全体像解明を進めている。また、筋萎縮性側索硬化症に特徴的なユビキチン陽性封入体にM1Ub鎖が共局在することを見出していた。今年度、孤発性ALSやアルツハイマー病において、微細な線維状凝集体はK48Ub鎖のみだが、経時的に太い凝集体を形成するとM1UbやK63Ub鎖も付加されることを突き止めた。これらの知見から、多様なUb鎖生成が神経炎症、プロテアソーム分解、選択的オートファジー、凝集性タンパク質の物性変化、細胞死などを介して神経変性疾患発症に関わる可能性があり、LUBACを標的とした創薬の可能性を示した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

RANKLの受容体RANKの下流では古典的・非古典的NF-κBの活性化が誘導される。しかし、妊娠期の乳腺発達においてRANKシグナル伝達の詳細な役割分担は不明であった。最近井上はRANKの細胞内アダプター分子であるTRAF6欠損マウスにおいて、非妊娠期の乳腺幹細胞の減少、及び妊娠期の乳腺発達不全を見出した。これまでRANKシグナルにおいてNF-κBの重要な標的遺伝子とされてきたCyclinD1はTRAF6欠損乳腺でも正常に誘導されていたにもかかわらず、増殖期の細胞が有意に減少していた。また、TRAF6欠損により抗アポトーシス因子の発現が顕著に減少し、小胞体ストレスによる細胞死が有意に増加することも分かった。一方で分化マーカーは正常に誘導されることからTRAF6は細胞増殖の誘導と細胞死の抑制を担い妊娠期の乳腺発達を促進することが明らかとなった。更にTRAF6を介する古典的NF-κB経路が抗アポトーシス因子の発現を、AKT活性化が細胞増殖を、それぞれ独立に誘導することを解明した。今年度の研究で徳永は、直鎖状ユビキチン鎖を生成するLUBACユビキチンリガーゼに対する特異的阻害剤(HOIPIN-8)の細胞・分子機序と活性化B細胞様びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(ABC-DLBCL)や乾癬モデルマウスに対する治療効果を見出した。また澤崎とともにNF-κB抑制性脱ユビキチン化酵素（CYLD）制御に関わるユビキチンリガーゼや化合物の解析を行った。2019年11月に、第14回日本臨床ストレス応答学会の大会長として本領域関連のシンポジウムを企画し、武川、井上、道上、澤崎らが講演した。さらに日本生化学会の学会誌「生化学」に「非定型型ユビキチン鎖の生理機能」と題した特集を企画し、本領域班員を含む10編を刊行した。これに加えて、鈴木と連携した数理シミュレーションや、小迫との質量分析を進行している。

今後の研究の推進方策

井上は、１）非標準的経路におけるNF-κBの核内濃度振動のメカニズム解明とその数理に関してはほぼ完了したが、シミュレーションで想定される制御因子が未同定であることからbioinformatics的手法により探索する。２）今年度から分担研究者になる山本は、NF-κBが悪性化を担うBasal型乳癌において上皮間葉転換に関わる新たな因子を複数同定した。Single cell sequencingにより上皮間葉転換の遷移段階の細胞群を同定し、前年までに明らかにした上皮間葉転換制御因子がどの遷移段階に関与するのかを明らかにする。３）解析した上皮間葉転換制御因子間のネットワークを明らかにして上皮間葉転換の制御機構を数理シミュレーションと細胞生物学的方法により解明する。徳永は、４）鈴木班とともに進めているT細胞受容体を介したNF-κB経路の数理解析を完成させ、体細胞とリンパ球におけるNF-κBシグナルの差異について論文成果として発表する。５）澤崎班と連携解析している脱ユビキチン化酵素のプロテイアレイ解析や直鎖状ユビキチン結合タンパク質の細胞機能解析を完成させる。６）井上班と連携して、神経変性疾患におけるK63Ub鎖とM1Ub鎖の混合鎖生成を解析し、神経炎症やオートファジーなどなど細胞機能制御への関与を解析する。７）小迫班とともに解析を進めている脱ユビキチン化酵素やユビキチンリガーゼの欠損に伴うタンパク質変動について共同研究成果をまとめる。

研究成果

• [雑誌論文] Impact of spaceflight on the murine thymus and mitigation by exposure to artificial gravity during spaceflight (2020)
  • 著者名/発表者名: Horie Kenta、Kato Tamotsu、Kudo Takashi、Sasanuma Hiroki、Miyauchi Maki、Akiyama Nobuko、Miyao Takahisa、Seki Takao、Ishikawa Tatsuya、Takakura Yuki、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Hamada Michito、Jeon Hyojung、Yoshida Nobuaki、Inoue Jun-ichiro、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Ohno Hiroshi、Akiyama Taishin
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 19866-19866
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56432-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small Molecule Inhibitors of Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus Fusion by Targeting Cavities on Heptad Repeat Trimers (2020)
  • 著者名/発表者名: Kandeel Mahmoud、Yamamoto Mizuki、Al-Taher Abdulla、Watanabe Aya、Oh-hashi Kentaro、Park Byoung Kwon、Kwon Hyung-Joo、Inoue Jun-ichiro、Al-Nazawi Mohammed
  • 雑誌名: Biomolecules & Therapeutics 巻: Online first ページ: Online first
  • DOI: 10.4062/biomolther.2019.202
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural analysis of TIFA: Insight into TIFA-dependent signal transduction in innate immunity (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Teruya、Hashikawa Chie、Okabe Kohtaro、Yokote Yuya、Chirifu Mami、Toma-Fukai Sachiko、Nakamura Narushi、Matsuo Mihoko、Kamikariya Miho、Okamoto Yoshinari、Gohda Jin、Akiyama Taishin、Semba Kentaro、Ikemizu Shinji、Otsuka Masami、Inoue Jun-ichiro、Yamagata Yuriko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 5152-5152
  • DOI: 10.1038/s41598-020-61972-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] System-Wide Analysis of Protein Acetylation and Ubiquitination Reveals a Diversified Regulation in Human Cancer Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Kozuka-Hata Hiroko、Kitamura Aya、Hiroki Tomoko、Aizawa Aiko、Tsumoto Kouhei、Inoue Jun-ichiro、Oyama Masaaki
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 10 ページ: 411～411
  • DOI: 10.3390/biom10030411
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subquinocin, a small molecule inhibitor of CYLD and USP-family deubiquitinating enzymes, promotes NF-κB signaling (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka Satoshi、Sato Yusuke、Oikawa Daisuke、Goto Eiji、Fukai Shuya、Tokunaga Fuminori、Takahashi Hirotaka、Sawasaki Tatsuya
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 524 ページ: 1～7
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.12.049
  • 査読あり
• [雑誌論文] 創薬を見据えた直鎖状ユビキチン鎖生成酵素(LUBAC)阻害剤開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 徳永 文稔
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 56 ページ: 26～30
  • DOI: 10.14894/faruawpsj.56.1_26
  • 査読あり
• [雑誌論文] 直鎖状ユビキチン鎖の神経変性疾患への関与とLUBAC阻害剤の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 及川 大輔、伊東 秀文、徳永 文稔
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 28～34
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920028
  • 査読あり
• [雑誌論文] ヒト脱ユビキチン化酵素タンパク質アレイの開発とその応用例 (2020)
  • 著者名/発表者名: 高橋 宏隆、山中 聡士、徳永 文稔、澤崎 達也
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 64～74
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920064
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-cell and virus-cell fusion assay?based analyses of alanine insertion mutants in the distal α9 portion of the JRFL gp41 subunit from HIV-1 (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Mizuki、Du Qingling、Song Jiping、Wang Hongyun、Watanabe Aya、Tanaka Yuetsu、Kawaguchi Yasushi、Inoue Jun-ichiro、Matsuda Zene
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 5677～5687
  • DOI: 10.1074/jbc.RA118.004579
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Minimum structural requirements for inhibitors of the zinc finger protein TRAF6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Radwan Mohamed O.、Koga Ryoko、Hida Tomohiro、Ejima Tomohiko、Kanemaru Yosuke、Tateishi Hiroshi、Okamoto Yoshinari、Inoue Jun-ichiro、Fujita Mikako、Otsuka Masami
  • 雑誌名: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters 巻: 29 ページ: 2162～2167
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bmcl.2019.06.050
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Linear Polyubiquitin Chain Modification of TDP-43-Positive Neuronal Cytoplasmic Inclusions in Amyotrophic Lateral Sclerosis (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Yoshiaki、Tsuji Kazumi、Ayaki Takashi、Mori Megumi、Tokunaga Fuminori、Ito Hidefumi
  • 雑誌名: Journal of Neuropathology & Experimental Neurology 巻: 79 ページ: 256～265
  • DOI: 10.1093/jnen/nlz135
  • 査読あり
• [雑誌論文] The E3 ubiquitin ligase MIB2 enhances inflammation by degrading the deubiquitinating enzyme CYLD (2019)
  • 著者名/発表者名: Uematsu Atsushi、Kido Kohki、Takahashi Hirotaka、Takahashi Chikako、Yanagihara Yuta、Saeki Noritaka、Yoshida Shuhei、Maekawa Masashi、Honda Mamoru、Kai Tsutomu、Shimizu Kouhei、Higashiyama Shigeki、Imai Yuuki、Tokunaga Fuminori、Sawasaki Tatsuya
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 14135～14148
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.010119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of linear polyubiquitin chain immunoreactivity in tau pathology of Alzheimer’s disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Yoshiaki、Sakamoto Shinji、Tsuji Kazumi、Ayaki Takashi、Tokunaga Fuminori、Ito Hidefumi
  • 雑誌名: Neuroscience Letters 巻: 703 ページ: 53～57
  • DOI: 10.1016/j.neulet.2019.03.017
  • 査読あり
• [学会発表] Cell-based membrane fusion assay for flavivirus envelope proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizuki yamamoto, Takeshi Ichinohe, Aya Watanabe, Yusuke Fujinami, Yasushi Kawaguchi, Zene Matsuda, Jun-ichiro Inoue
  • 学会等名: Asian-African Research Forum on Emerging and Reemerging Infections 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanistic analysis of small molecules that inhibit flavivirus E protein-mediated membrane fusion (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Fujinami, Mizuki Yamamoto, Aya Watanabe, Yasushi Kawaguchi, Zene Matsuda, Jun-ichiro Inoue
  • 学会等名: Asian-African Research Forum on Emerging and Reemerging Infections 2020
  • 国際学会
• [学会発表] Basal-like乳癌における腫瘍内上皮間葉転換機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上純一郎
  • 学会等名: 第92回 日本生化学会大会
• [学会発表] CRISPR/Cas9システムを用いたトリプルネガティブ乳癌におけるEMT/MET可塑性制御機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本瑞生、山口貴世志、古川洋一、井上純一郎
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 腫瘍関連マクロファージにおけるHIF活性化因子Mint3の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福井優也、村上善則、井上純一郎、坂本毅治
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会
• [学会発表] Role of NF-κB in marmary gland development and breast cancer progression (2019)
  • 著者名/発表者名: 井上純一郎
  • 学会等名: 26th East Asia joint Symposium on Biomedical Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] フラビウイルスエンベロープタンパクのウイルスフリー膜融合アッセイ (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本瑞生、一戸猛志、渡邉亜矢、藤波祐丞、川口寧、松田善衛、井上純一郎
  • 学会等名: 第67回日本ウイルス学会学術集会
• [学会発表] フラビウイルスEタンパク質依存性膜融合に対する低分子阻害剤の作用機構解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤波祐丞、山本瑞生、渡邉亜矢、川口寧、松田善衛、井上純一郎
  • 学会等名: 第67回日本ウイルス学会学術集会
• [学会発表] The CRISPR/Cas9-meditated gene knpckout screening to analyze EMT-MET plasticity in triple-negative breast cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: M.Yamamoto, K.Yamaguchi, Y.Furukawa, J.Inoue
  • 学会等名: TEMTIA IX
  • 国際学会
• [学会発表] Host Mints controls chemotherapy-induced pre-metastatic niche formation (2019)
  • 著者名/発表者名: T.Sakamoto, Y.Fukui, M.Seiki, Y.Murakami, J.Inoue
  • 学会等名: Cell Symposia Hallmarks of Cancer
  • 国際学会
• [学会発表] Critical roles of FRS2beta for creating the cytokine-rich precancerous microenvironment for mammary tumorigenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatsunori Nishimura, Natsuoko Kimura, Takahiko Murayama, Yukino Machida, Daisuke Iejima, Reiko Sakamoto, Mizuki Yamamoto, Naoki Itano, Yusuke Inoue, Masataka Ito, Nobuyuki Yoshida, Junichiro Inoue, Kouichi Akashi, Hideyuki Saya, Koji Fujita, Masahiko Kuroda, Issay Kitabayashi, Arinobu Tojo, Noriko Gotoh
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Listeria monocytogenes感染におけるHIF-1活性化因子Mint3を介した自然免疫応答機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 植松崇之、山崎大賀、小林憲忠、井上純一郎、清木元治、坂本毅治
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Mechanistic analysis of small molecules that inhibit flavivirus E protein-mediated membrane fusion (2019)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Fujinami, Mizuki Yamamoto, Aya Watanabe, Yasushi Kawaguchi, Zene Matsuda, Jun-ichiro Inoue
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 腫瘍関連マクロファージにおけるHIF活性化因子Mint3の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福井優也、林哲郎、村上善則、井上純一郎、坂本毅治
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] リシンアセチル化及びユビキチン化が規定する細胞応答ネットワークの時系列プロテオーム解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 秦裕子、北村亜矢、廣木朋子、相澤愛子、宮村尚明、小島由紀子、津本浩平、井上純一郎、尾山大明
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 破骨細胞分化におけるRANKシグナルの機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 坂東沙弥、井上純一郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] CRISPR/Cas9システムを用いたトリプルネガティブ乳癌におけるEMT/MET可塑性制御機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山本瑞生、山口貴世志、古川洋一、井上純一郎
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] LRBA DUF1088ドメインの自然免疫制御における重要性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 及川大輔、駒倉啓大、福士雅也、入江崇、堀居拓郎、畑田出穂、阪口剛正、徳永文稔
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 直鎖状ポリユビキチン鎖結合タンパク質ZnUBPファミリーのNF-kB抑制機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 高橋宏隆、及川大輔、長尾和哉、岩崎誠、今井祐記、徳永文稔、澤崎達也
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 脱ユビキチン化酵素OTUD1によるNF-kB経路とインターフェロン産生経路の相反的制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 駒倉啓大、及川大輔、徳永文稔
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 直鎖状ユビキチン鎖生成を介した炎症シグナル発信と疾患・創薬 (2019)
  • 著者名/発表者名: 徳永文稔
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Hsp72によるがん細胞遊走制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 塩田正之、田中昌子、鰐渕英機、徳永文稔
  • 学会等名: 第14回日本臨床ストレス応答学会大会
• [学会発表] LUBACによるT細胞受容体シグナル制御に関する細胞・生化学及び数理モデル解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 及川大輔、畑中尚也、鈴木貴、徳永文稔
  • 学会等名: 第14回日本臨床ストレス応答学会大会
• [学会発表] LUBACシグナルソームによる自然免疫応答の選択的制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 及川大輔, 駒倉啓大, 阿部貴則, 飯尾清誠, 小比賀真吾, 勝矢健, 花田和希, 坂本信二, 徳永文稔
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 自然免疫制御に関わる新規脱ユビキチン化酵素OTUD1の同定と生理機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 駒倉啓大、徳永文稔
  • 学会等名: 第24回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
• [学会発表] Screening and characterization of novel LUBAC inhibitors, HOIPINs (2019)
  • 著者名/発表者名: Oikawa, D., Katsuya, K., Hanada, K., Sugawara, K., Tsuruta, D., Sakamoto, S., Tokunaga, F.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Ubiquitin, Autophagy & Disease
  • 国際学会
• [備考] 大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学HP
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp
• [備考] 第14回日本臨床ストレス応答学会大会
  • URL: http://bssr.jp/taikai_archive/677/